Полярність молекули
Полярність молекули визначається векторною сумою розподілу заряду та зв’язкових диполів. Полярний зв’язок не гарантує полярної молекули: симетрія може скасувати дипольні моменти, а вільні пари можуть порушити симетрію.
Диполь зв’язку
Різна електронегативність дає часткові заряди δ+ і δ−. Дипольний момент залежить від величини розділеного заряду та відстані між центрами заряду.
CO₂
Два C=O диполі в лінійній молекулі однакові й протилежні, тому їхня векторна сума нульова.
H₂O
Вода має кутову геометрію через електронні пари на O. Два O–H диполі не компенсуються, тому існує значний постійний дипольний момент.
Симетрія
Тетраедричний CCl₄ може бути неполярним попри полярні C–Cl зв’язки. Заміна одного Cl іншим атомом руйнує симетрію і може створити ненульовий диполь.
Міжмолекулярні сили
Постійні диполі дають диполь-дипольну взаємодію, але дисперсійні сили є в усіх молекулах. Водневий зв’язок — особливо сильний спрямований випадок для відповідних донорів та акцепторів.
Поляризовність
Велика дифузна хмара легко деформується і створює індукований диполь. Тому важкі неполярні молекули можуть мати сильні дисперсійні взаємодії.
Розчинність
Схожість полярності часто допомагає передбачати змішування, але остаточний результат задають зміни ентальпії та ентропії. “Подібне розчиняє подібне” — якісний орієнтир.
Вимірювання
Дипольні моменти можна оцінювати спектроскопічно та електричними методами. Отже, полярність — не лише етикетка з Lewis-структури, а фізична властивість.
Від дипольного моменту до розчинності
Сумарний дипольний момент впливає на орієнтацію молекул в електричному полі та на міжмолекулярні взаємодії, але сам по собі не повністю визначає розчинність. Полярний розчинник може стабілізувати заряд або диполь, проте важливі також водневі зв’язки, поляризовність, розмір неполярної частини та ентропійний внесок. Тому правило “подібне розчиняє подібне” є якісним початком, а не універсальним законом. Геометрія залишається ключовою: BF₃ має полярні зв’язки, але тригональна симетрія компенсує їхні вектори, тоді як NH₃ має ненульовий сумарний диполь через пірамідальну форму.
Полярність і симетрія
Симетрія може дозволити визначити полярність ще до числового розрахунку. Якщо всі зв’язкові диполі перетворюються один в один операціями симетрії й їхня векторна сума мусить бути нульовою, молекула неполярна. У тетраедричному CCl₄ чотири C–Cl диполі компенсуються; у CH₃Cl симетрія порушена і сумарний момент ненульовий. Тому одна лише різниця електронегативностей не відповідає на питання про полярність молекули: обов’язково потрібна тривимірна геометрія.
Вправа
Чому H₂O полярна, а CO₂ — ні?
Розв’язання
Через геометрію: у воді диполі не компенсуються, у лінійному CO₂ компенсуються.